Öngerilmeli beton kirişli köprü üstyapılarının genetik algoritma ile optimum tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, genetik algoritma kullanılarak, prefabrike önçekim öngerilmelibeton bitişik I-kirişli, kısa ve orta açıklıklı köprü üstyapılarının maliyet yönünden optimumtasarımı gerçekleştirilmektedir. Çalışma topoloji ve şekil optimizasyonunu içermektedir.Tasarım değişkeni olarak köprü enkesitindeki kiriş sayısı, kiriş enkesit boyutları ve kirişenkesitinde yer alan öngerilme donatısı miktarı alınmaktadır. Çalışmada eğilme emniyetgerilmeleri ve taşıma gücü, kayma emniyet gerilmeleri ve keme taşıma gücü, sehim,süneklik sınırları ve geometri sınırlayıcıları dikkate alınmaktadır. Sınırlayıcılar AASHTOStandard Specifications for Highway Bridges uyarınca hesaplanmaktadır.Optimizasyon yöntemi olarak, karmaşık problemlere kolaylıkla uygulanabilen veayrık tasarım değişkenlerini kullanan, rasgele seçilmiş bir grup başlangıç çözümünden yolaçıkarak sonuca giden evrimsel bir optimum tasarım yöntemi olan genetik algoritmakullanılmaktadır. Bu çalışmadaki genetik algoritma kopyalama operatörünün yanısıra, üçfarklı çaprazlama ve üç farklı mutasyon operatörünü içermektedir.Yapılan çalışmanın birinci bölümünde optimum tasarım çeşitleri ve teknikleri,öngerilmeli beton, öngerilmeli beton kirişli köprüler, çalışmanın amacı ve kapsamıhakkında genel bilgiler verilmektedir. kinci bölümde önçekim öngerilmeli beton bitişik I-kirişli köprü üstyapısı tasarımının nasıl yapılacağı, optimum tasarım problemininbelirlenmesi, bu problemin genetik algoritma ile nasıl çözümleneceği açıklanmaktadır.Ayrıca yine bu bölümde geliştirilen bilgisayar programı ile optimum tasarımı yapılan üçfarklı sayısal uygulamaya yer verilmekte ve bu uygulamaların çözümü ile ulaşılan bulgularirdelenmektedir. Üçüncü bölümde ise elde edilen sonuçlara ve bu konuda bundan sonrayapılacak çalışmalar için önerilere yer verilmekte olup bu son bölümü kaynaklar listesiizlemektedir.Yapılan bu çalışma ile, önçekim öngerilmeli bitişik I-kirişli köprü üstyapılarınınşekil ve topolojik optimum tasarımında genetik algoritmadan etkili bir şekildeyararlanılabileceği ortaya konulmaktadır.

In this study, cost optimization of short- and medium-span bridge superstructuresconsisting of precast, pretensioned prestressed concrete adjacent I-shaped beams isrealized. The study includes topological and shape optimization. Design variables are thenumber of beams on bridge cross section, dimensions of beam cross section and amount ofthe prestressing steel. Flexible working stress and ultimate strength, shear working stressand ultimate strength, deflection, ductility limits and geometry constraints are consideredin this study. Constraints are calculated according to AASHTO Standard Specifications forHighway Bridges.Genetic algorithm is used in this study. Genetic algorithm can be adopted forcomplex problems easily. It uses discrete design variables and randomly selected initialsolutions for evolutionary optimization. In this study, three different kinds of crossover,three different kinds of mutation and reproduction operators are considered.In the first chapter of the study, general information is given about kinds andtechniques of optimum design, prestressed concrete, prestressed concrete bridges, purposeand scope of the study. In the second chapter, designing of pretensioned prestressedconcrete adjacent I-shaped bridge girders, expressing of optimum design problem, solvingof this problem with genetic algorithm are explained. In addition, three numericalexamples are designed with the developed program and the results of these designs areevaluated in this chapter. In the third chapter, conclusions of this study and suggestions forthe future studies are given. This chapter is followed by a list of references.In this study, it is demonstrated that genetic algorithm can be efficiently used inshape and topological optimum design of pretensioned prestressed concrete adjacent I-shaped bridge girders.